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Übungsblatt - 07.01.2013
Übungen zur Physik III (Atom- und Molekülphysik)
Prof. A. von Keudell, WS2012/2013
Abgabe bis Mittwoch, 19.12.2012, 12:00 in den Kasten NB5 Süd oder in der Vorlesung
Nur ein Name pro Lösungsblatt und jedes Blatt mit Namen und Übungsgruppen versehen!
Ansprechpartner ist Christian Maszl (NB5/173)
10.1
Stern-Gerlach-Versuch
Ein Strahl von Silberatomen durchläuft auf einer Strecke von s =50 cm ein inhomogenes Magnetfeld, daß einen Gradienten dB/dz senkrecht zur Strahlrichtung besitzt. Die Silberatome
stammen aus einem Ofen mit einer Arbeitstemperatur von T =400 K. Am Ende des SternGerlach-Magneten entstehen zwei Schwärzungsflecken mit einem Abstand von d =1 mm.
(a) Vergleichen Sie die Komponente des magnetischen Momentes der Silberatome in Richtung
des Magnetfelds mit dem Bohrschen Magneton (gs ≈ 2). [2 Punkte]
(b) Bestimmen Sie die Laufzeit eines Atoms im Magnet. [2 Punkte]
(c) Berechnen Sie den Gradienten dB/dz. [4 Punkte]
(d) Warum kann man den Spin des Kernes in diesem Versuch vernachlässigen? [2 Punkte]
Hinweise:
• Im Silberatom kann das magnetische Moment nur von dem äußersten Elektron hervorgerufen werden.
• Die mittlere Eingangsgeschwindigkeit v der Atome kann aus der Temperatur bestimmt
werden
1
3
mv 2 = kB T.
(1)
2
2
10.2
Elektronenkonfiguration von Mehrelektronenatomen
Geben Sie die Elektronenkonfigurationen (1s2 2s2 2p6 ...) für die Elemente C, O, Cl und Ge
an [5 Punkte] und tragen Sie die energetisch günstigsten Zustände gemäß Abb. 1 für alle
Elemente ein. Besetzen Sie dabei die Zustände mit Elektronen mit der richtigen Spinorientierung [5 Punkte].
Termine
17.12.2012 Probeklausur in den jeweiligen Übungsgruppen.
07.01.2013 Besprechung der Übungsblätter 09 und 10 sowie der Probeklausur.
31.01.2013 Klausur von 10:00-12:00 im Hörsaal HNA.
14.03.2013 Nachholklausur von 10:00-12:00 im Hörsaal HNA.
1
5s
4f
4d
N-Schale
4p
4s
3d
3p
M-Schale
Energie
3s
2p
2s
L-Schale
1s
K-Schale
Abbildung 1: Orbitalenergieniveaus von 1s- bis 4s-Elektronen in Mehrelektronenatomen für
aufgehobene Entartung.
Compton, 1924
Der Comptoneffekt ist eine weitere Bestätigung der Photonentheorie zum Nachteil
der Wellentheorie. Man beobachtet ihn bei der Streuung von Röntgenstrahlung
an freien (oder schwach gebundenen) Elektronen. Die Wellenlänge der gestreuten
Strahlung ist größer als die der einfallenden Strahlung. [...] Man sieht, daß ∆λ von
der Wellenlänge der einfallenden Strahlung unabhängig ist. Compton und Debye
zeigten, daß der Compton-Effekt auf einen einfachen elastischen Stoß zwischen
einem Photon des einfallenden Lichts und einem Elektron aus der bestrahlten
Probe zurückzuführen ist.
(A. Messiah, Quantenmechanik 1, 2. Auflage, De Gruyter).
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